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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:纪子龙,冀俊忠,刘金铎,杨翠翠.基于萤火虫算法的脑效应连接网络学习方法[J].哈尔滨工业大学学报,2019,51(5):76.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201811073
JI Zilong,JI Junzhong,LIU Jinduo,YANG Cuicui.Learning effective connectivity network structure based on firefly algorithm[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2019,51(5):76.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201811073
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基于萤火虫算法的脑效应连接网络学习方法
纪子龙1,冀俊忠1,刘金铎1,杨翠翠1
(1. 北京工业大学 信息学部计算机学院多媒体与智能软件技术北京市重点实验室, 北京 100124)
摘要:
脑效应连接网络学习是人脑连接组研究的一个重要研究课题,准确识别脑效应连接网络对于脑疾病的早期诊断以及病理研究具有重要意义.本文将萤火虫算法与贝叶斯网相结合,提出了一种带有繁殖机制的脑效应连接网络萤火虫学习方法.新方法使用K2评分作为目标函数来衡量萤火虫个体的绝对亮度,利用萤火虫种群的寻优来完成脑效应连接网络的学习,并利用繁殖机制对种群实施进一步的优化.首先将一种仅含少数边的脑效应连接网络表示成一个萤火虫个体,并通过萤火虫个体的定向移动操作以及随机移动操作逐步构建脑效应连接网络;然后每经过一定代数的寻优后,萤火虫种群执行一次繁殖过程,以优化效应连接网络的质量.最后,当算法收敛时,将萤火虫种群中绝对亮度最高个体所代表的网络结构作为学习到的最优脑效应连接网络.在多组模拟数据集上的实验结果验证了新算法中繁殖机制的有效性,且与其它算法相比,新算法具有明显优势.在真实数据上的实验也表明了算法的潜在实用性.
关键词:  脑网络  脑效应连接网络  贝叶斯网  萤火虫算法  繁殖机制
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201811073
分类号:TP311;TP18
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金项目(61672065);北京市博士后工作经费资助项目(2017-ZZ-024)
Learning effective connectivity network structure based on firefly algorithm
JI Zilong1,JI Junzhong1,LIU Jinduo1,YANG Cuicui1
(1. Beijing Municipal Key Laboratory of Multimedia and Intelligent Software Technology Faculty of Information Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)
Abstract:
Learning brain effective connectivity (EC) networks is an important topic within the community of human brain connectome. It is of great significance for the early diagnosis and pathological study of brain diseases to accurately identify the brain EC network structure. This paper combines the Firefly Algorithm (FA) with Bayesian network, and proposes a new method to learn brain EC networks by FA with a reproductive mechanism. The new method uses K2 score as the evaluation method of absolute brightness of fireflies, uses the optimization of firefly population to complete the learning of brain EC networks, and uses reproductive mechanism to further optimize the population. First, a firefly individual represented a brain EC network with a few edges, which was gradually constructed through the directional movements and random movements of the firefly individual. Then, a reproductive mechanism was employed to optimize the quality of networks after a certain number of evolution iterations. Finally, the network structure represented by the individuals with the highest absolute brightness in the population was used as the learning brain EC network. Experimental results on many simulated datasets verified the effectiveness of the reproductive mechanism, and the new algorithm has obvious advantages on the whole performance compared with other algorithms. Experimental results on real datasets also show the potential practicability of the new algorithm.
Key words:  brain network  brain effective connectivity network  Bayesian network  firefly algorithm (FA)  reproductive mechanism

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